聚合物基复合材料知识点

复合材料知识点

一、绪论

1、复合材料定义：①ISO：有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。②GB：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。

2、复合材料组成：复合材料由基体和增强材料组成。增强材料是复合材料的主要承力部分，特别是拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能主要由增强材料承担，基体的作用是将增强材料粘合成一个整体，起到均衡应力和传递应力的作用，使增强材料的性能得到充分的发挥，从而产生一种复合效应，使复合材料的性能大大优于单一材料的性能。

3、复合材料的分类：⑴按基体类型分类树脂基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料。⑵按增强材料类型分类玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料。⑶按用途不同分类结构复合材料、功能复合材料

二、增强材料

1、增强材料作用：增强材料是复合材料的主要组成部分，它起着提高树脂基的强度、模量、耐热和耐磨等性能的作用，增强材料还有减小复合材料成型过程中的收缩率，提高制品硬度等作用。

2、作为树脂基复合材料的增强材料应具有的基本特征：⑴应具有能明显提高树脂基体某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、低热膨胀性等，以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。⑵应具有良好的化学稳定性。⑶与树脂有良好的浸润性和适当的界面反应，使增强材料与基体树脂有良好的界面结合。⑷价廉。

3、微裂纹假说：玻璃的理论强度取决于分子或原子间的吸引力，其理论强度很高，可以达到2000――12000MPa。但强度的实际测试结果却低很多，这是因为玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等，尺寸不同的微裂纹，因而大大降低了其强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，玻璃或玻璃纤维在外力的作用下，微裂纹处首先发生应力集中，首先发生破坏。玻璃纤维比玻璃的强度高很多，是因为玻璃纤维经高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少；另外，玻璃纤维的断面尺寸小，微裂纹存在的概率也小，故使纤维强度增高。

4、玻璃纤维的生产方法有坩埚法和池窑法两种，其中池窑拉丝的优点是省去了制球工艺。

5、浸润剂在玻璃纤维拉丝和纺织过程中的作用是：使纤维粘合集束，润滑耐磨，消除静电等，保证拉丝和纺织工序的顺利进行。浸润剂有两类，一类是纺织型浸润剂，主要满足纺织加工的需要，其主要成分有石蜡、凡士林、硬脂酸、变压器油、固色剂、表面活性剂和水。但不利于树脂和玻璃纤维的粘合，须经脱蜡处理。另一类是增强型浸润剂，是专门为增强用玻璃纤维发展起来的，除满足纤维生产工艺要求外，还要满足纤维制品加工以及玻璃纤维复合材料成型中的多方面要求，更主要是改善树脂对纤维浸润性，提高树脂与纤维的黏结力。主要成分有成膜剂、偶联剂、润滑剂、润湿剂、抗静电剂等。

三、复合材料基体

1、聚酯：由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物的总称。

不饱和聚酯：有不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与二元醇缩聚而成。不饱和聚酯树脂：不饱和聚酯在缩聚反应结束后加入乙烯基类单体配成黏稠的液体树脂。

2、合成通用型不饱和聚酯树脂的原料及原料特点：⑴不饱和二元酸常用顺丁烯二酸酐，因为顺酐熔点低，反应时缩水量小，而且价廉。⑵饱和二元酸常用①邻苯二甲酸酐，常用于刚性树脂，并使树脂固化后具有一定的韧性。②间苯二甲酸，可使树脂固化后具有更好的力学性能、坚韧性、耐热性、以及耐腐蚀性。⑶二元醇最常用的是1,2-丙二醇，由于1,2-丙二醇的分子结构中有不对称的甲基，聚酯结晶倾向小，与交联剂苯乙烯有较好的相容性。常用于制备刚性树脂。⑷交联单体最常用的是苯乙烯，苯乙烯与不饱和聚酯相容性良好，固化时与聚酯中的不饱和双键能很好的共聚，固化树脂有较好的综合性能，而且价格便宜。

3、固化树脂的网络结构有两个重要参数，⑴两个线型不饱和聚酯分子间交联点间苯乙烯的重复结构单元数。⑵线型不饱和聚酯分子中双键的反应百分数。

4、环氧树脂的分类：⑴缩水甘油醚类；⑵缩水甘油酯类；⑶缩水甘油胺类；⑷线型脂肪族类；⑸脂环族类。

5、环氧树脂的技术指标：①环氧值；②无机氯含量；③总氯含量；④挥发物；⑤相对分子质量。

6、环氧树脂的固化剂：①反应性固化剂，例如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇、多元酚，一般都含有活泼的氢原子。②催化性固化剂，例如叔胺（阴离子型固化剂）、三氟化硼配合物（阳离子型固化剂）等，可引发环氧基按离子聚合方式固化。

7、环氧树脂稀释剂与增韧剂：⑴稀释剂主要用来降低环氧树脂的黏度，在浇铸时使树脂具有较好的渗透性，在粘合及复合材料成型时使树脂有较好的浸润性。稀释剂有两种：非活性稀释剂与活性稀释剂。⑵增韧剂能改善固化物的抗冲击强度及耐热冲击性能，提高粘合剂的剥离强度，减少固化时的反应热及收缩性。增韧剂有两种：非活性增韧剂与活性增韧剂。

8、酚醛树脂：一类是热固性酚醛树脂；一类是热塑性酚醛树脂。

9、固化的含义：液体树脂发生交联反应而变成为不溶、不熔的具有三维网络结构的固化物的全过程成为树脂的固化。

10、不饱和聚酯树脂固化过程中的三个阶段：凝胶阶段、定型阶段、熟化阶段。

11、凝胶阶段：从液态的树脂到失去流动性形成半固体凝胶。

12、定型阶段：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。

13、熟化阶段：从定型阶段到表观上已经变硬而具有一定力学性能，经过后处理即具有稳定的化学与物理性能而可供使用的阶段。

14、不饱和聚酯树脂固化过程示意图：

15、酚醛树脂的固化速度由凝胶速度和固化速度两部分组成。凝胶速度：A阶树脂凝胶化转变为B阶状态的速度；固化速度：从B阶转变为不溶、不熔C阶状态的速度。

16、热固性酚醛树脂的固化即一阶树脂的固化；热塑性酚醛树脂的固化即二阶树脂的固化

17、注意：本章还有P54（不饱和聚酯树酯的固化）与P133（酚醛树酯的固化）的重点内容整理不完全，注意复习。

四、热固性复合材料成型工艺

1、手糊成型工艺的工序：①增强材料剪裁；②模具准备；③涂擦脱模剂；④喷涂胶衣；⑤成型操作；⑥固化；⑦脱模；⑧修边；⑨装配；⑩制品。

2、手糊成型工艺优点：操作简便、操作者容易培训；设备投资少、生产费用低；能生产大型的和复杂结构的制品；制品的可设计性好，且容易改变设计；模具材料来源广；可以制成夹层结构。

3、手糊成型工艺缺点：是劳动密集型的成型方法，生产那效率低；制品质量和操作者的技术水平有关；生产周期长；制品力学性能较其他方法低。为了提高其生产效率，发展了喷射成型工艺；为了提高其制品的力学性能，发展了袋压成型工艺。

4、喷射成型工艺的具体做法：加了引发剂的树脂和加了促进剂的树脂分别由喷枪上的两个喷嘴喷出，同时切割器将连续玻璃纤维切割成短纤维，由喷枪的第三个喷嘴均匀的喷到模具的表面上，用小辊压实，经固化而成制品。